自動化制造系統(tǒng)-刀具自動化課件

刀具自動化自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

刀具是金屬切削加工中不可缺少的工具之一，無論是普通機床，還是先進的數控機床、加工中心機床以及柔性制造系統(tǒng)，都必須通過刀具才能完成切削加工。所謂刀具自動化，就是加工設備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化第一節(jié)自動化刀具的內容

自動化刀具由刀具組裝預調站、刀具進出站、刀具輸送裝置和刀具庫組成。一、自動化刀具的組成自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化1、刀具室

刀具室工作包括刀具組裝和刀具預調，這些工作主要由人來完成，負責對用過的刀具進行重磨，對廢棄的刀具進行處理，對新刀具進行刀具與刀柄組裝、編碼和登記（向計算機輸入信息）。此外，刀具進入系統(tǒng)前要進行預調。實際上，刀具室的工作是按刀具清單準備刀具，并將準備好的刀具放在刀具進出站。

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刀具組裝包括機夾刀片與刀桿的裝配，以及刀具與標準刀柄的組裝。

1)、刀具的組裝自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化拉釘刀柄連接器刀具自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

加工中心和數控機床大量使用的是可轉位機夾刀具，在刀具室，工作人員要根據刀具清單的要求，選定所需要的刀桿和刀片類型，刀片裝配到相應的刀桿上。有些刀具還需要與中間接桿相連接，用來轉換刀柄與刀具相連接的部分結構，（例如莫氏錐孔、彈簧夾頭等），根據需要正確選用和安裝。對于用過的刀具，則需要進行刀片轉位或更換刀片。(1)機夾刀片與刀桿的裝配和組裝(2)切削刀具與標準刀柄的組裝

加工中心要實現(xiàn)自動換刀，需使用統(tǒng)一的標準刀柄，標準刀柄與主軸的連接部分為標準結構，因此需要將裝配好的刀具與標準刀柄進行組裝。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

組裝好的刀具還需要進行調整工作，將刀具放在刀具預調儀上，按刀具清單列出的參數進行調整。需要調整的參數有：刀具幾何參數，刀具角度，刀具尺寸和直徑等等。另外，還需要測量出刀具的補償值。3)、刀具的編碼和識別2)、刀具的預調自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

刀具與工件一樣，在自動運行的系統(tǒng)中也需要識別，但刀具所需要識別的內容比工件要多，其編碼系統(tǒng)比工件編碼更為復雜。

(1)刀具識別的條形碼技術：加工中心的自動選刀方式有順序選刀、刀具編碼方式和刀座編碼方式。對于帶有中央刀具庫的刀具流系統(tǒng)，由于刀具不僅是在機床的刀庫上進行換刀加工，而且有機床刀庫與中央刀庫之間的交換，刀具是靠輸送設備自動裝入刀座。因此，使用刀具編碼方式更容易對刀具進行識別和管理，刀具有了自己的編碼，不論在哪里都能找到，不易出錯。

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過去的刀具編碼采用在刀柄上安裝編碼環(huán)，使刀柄結構復雜，而且編碼數據不能太多。隨著條形碼技術的應用，使復雜的刀具編碼得以實現(xiàn)。接觸式編碼刀柄自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

刀具識別的條形碼技術，是將刀具編碼轉換成條形碼，條碼可在組裝刀具時現(xiàn)場打印，然后粘貼在刀柄上，再由條碼閱讀機掃描，直接將信息輸入計算機。當刀柄再用于組裝新刀時，將原條碼撕下，換上新條碼即可。

刀具的編碼系統(tǒng)采用分類編碼的方式反映出刀具的特征信息，分類編碼的結構為：

[代碼（表述刀具的標準結構類型）+特性表（列出刀具的特殊參數)]

例如，切削刀具的代碼為8位，數字前6位反應刀具的特性，后2位為指針數，指向特性表中的某一行，這一行里規(guī)定了該刀具的其余參數。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化第二節(jié)刀具的進出站

刀具經過裝配、預調和編碼后，首先放到刀具進出站的刀具托架上，托架上裝有刀具識別裝置，可對刀具進行“有無刀具”和“刀具進出”的識別。一、有無刀具識別

工作人員將準備好的刀具放在進出站的托架上，刀具流系統(tǒng)的輸送裝置會自動將刀具取走送入指定的刀具庫，還會自動將系統(tǒng)中需要處理的刀具放到進出站的托架上。因此，在刀具進出站里的托架有無刀具，要能夠由系統(tǒng)自動識別。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

刀具進出站的托架上設有接近開關或光電開關，采用開關信號發(fā)令或光電信號輸出，對刀座上有無刀具進行識別。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化二、刀具進出識別

使用紅綠燈指示來進行刀具進出的識別，需要進入系統(tǒng)的刀具用綠燈顯示，需要拿出系統(tǒng)的刀具用紅燈顯示。

在刀具準備好時，首先用條形碼閱讀器向控制系統(tǒng)輸入刀具信息，然后將刀具放在進出站托架上，當系統(tǒng)判斷這把刀具合格，可以進入系統(tǒng)，托架指示燈顯示綠燈；如果系統(tǒng)認為此刀具有問題，則顯示紅燈。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

從系統(tǒng)中送出的刀具放在托架上時，指示燈也會顯示紅燈，要求操作人員將刀具拿到刀具室進行處理。刀具進出站的信號控制：刀具進出站的信號由刀具計算機控制，內容包括刀具識別、紅綠燈控制和刀具條形碼信息管理。刀具進出站信號控制圖自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化第三節(jié)刀具自動輸送裝置

刀具從刀具進出站進入自動運行的系統(tǒng)后，由刀具輸送裝置將刀具送到各機床的刀具庫中，或者送入中央刀庫。刀具的自動輸送裝置主要有：刀具輸送小車、高架機械手、刀具搬運機器人自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

一、刀具輸送小車

輸送小車上帶有刀具托架，可以同時輸送多把刀具，它在刀具進出站靠托架交換來裝卸刀具，在進出站將車上的托架卸下，再裝上帶有系統(tǒng)所需刀具的托架。小車到達機床后，利用機床上的換刀機械手，將小車上的刀具與機床刀庫的刀具進行交換。小車到達中央刀庫，利用刀庫的換刀機床械手，將小車上的刀具與刀庫的刀具進行交換。送刀小車可以裝載一組刀具，進行成批換刀，但它向機床上送刀時，刀具的交換需要占用機床的加工時間，這種送刀方式適用于加工準備時機床停機狀態(tài)的成組換刀。

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二、高架機械手

在制造系統(tǒng)上方的空中設置高架軌道，一個換刀機械手掛在上面，可沿軌道運送刀具。機械手從刀具進出站抓住一把刀具，在高架軌道上行走，將刀具送到指定的機床刀庫或中央刀庫，并且自動將刀具裝入刀庫，然后從刀庫拿下一把需要送出系統(tǒng)的刀具，再送到進出站。這種方式每次只能運送一把刀具，但它不僅有輸送功能，同時有裝卸功能，可以自動裝卸刀具，因此不占用機床的運行時間，中央刀庫也可以不設換刀裝置。

自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化三、

刀具搬運機器人

用機器人運輸刀具與高架機械手類似，不僅能運送刀具，還能自動裝卸刀具。并且運刀機器人的運行更為靈活，不需要高架軌道。在刀具運輸車上安裝機械手，可將多把刀具依次裝到車上的刀具托架上，送到刀庫后，再將刀具依次從車上裝到刀庫中。

自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化第四節(jié)刀具的存儲及刀具庫

在刀具流系統(tǒng)中，能夠存儲刀具的地方有三處：刀具進出站，機床刀庫，中央刀具庫。刀具進出站：是暫時存放刀具的地方，但存放的時間比較短暫。機床刀具庫：機床的刀庫主要是存放機床加工正在使用的刀具，當工件變化需要新刀具時，從刀具進出站或中央刀庫送來所需刀具，與機床刀庫中暫時不用的刀具進行交換。中央刀具庫：中央刀庫是整個系統(tǒng)刀具的存儲區(qū)，一般刀具容量比較大，采用鏈式刀庫、鼓式刀庫、排架式刀庫等等，這些刀庫的容量都很大。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

中央刀庫一般自帶換刀機械手，可使運輸裝置上的刀具與刀庫刀具進行自動交換。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

鏈式中央刀庫由鏈條連接各個刀位上的刀座夾，由鏈輪帶動鏈條轉動，實現(xiàn)刀座換位來選刀換刀。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

排架式中央刀庫采用換刀機器人進行換刀及運送刀具，每個刀座都有位置號，機器人可在刀庫中任意位置查找刀具。刀具在刀庫上的放置形式自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

對刀具室的管理：由人來完成對刀具編碼并將信息輸入計算機。刀具室根據計算機所反饋的刀具庫存量，生產計劃的安排等，按冗（rong）余最小的原則準備刀具,使刀具的利用率高。將很少用到的刀具調出來，對易磨損和破損的刀具要多準備一些。

刀具的分配：根據系統(tǒng)的生產計劃和工藝過程，合理地對各個加工設備進行刀具分配。例如，某種刀具在A設備上用到的頻率很小，只偶爾使用，而在B設備上常用，就應將該刀具分配到B設備的刀庫上，A設備要用時可臨時調用。

刀具壽命管理：對刀具的磨損和破損情況進行監(jiān)測，及時更換刀具，對刀具進行重磨，或換新刀具。

刀具信息處理：對刀具編碼、刀具補償值、刀具位置和狀態(tài)、切削參數等信息進行處理，并及時反饋給刀具室和機床控制系統(tǒng)。第五節(jié)刀具系統(tǒng)的控制管理自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

根據數控系統(tǒng)的選擇指令，從刀庫中將各工序所需的刀具轉換到取刀位置，稱為自動選刀。自動選刀方式有兩種：

(1)順序選刀方式將所需刀具嚴格按工序先后依次插放在刀庫中，使用時按加工順序指令一一取用。

(2)任意選擇方式 這種方式根據程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中可以不按加工順序而任意存放，利用控制系統(tǒng)來識別、記憶所有的刀具和刀座。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化第六節(jié)輔助設備

在零件的加工制造過程中，除了切削加工外，

(1)切削后工件上的切屑和冷卻潤滑油脂等污物、以及工件上的加工毛刺等都必須進行清理；

(2)切削下來的切屑也需要排除送走并回收利用；

(3)冷卻液需要進行處理和過濾后再利用。為使這些工作自動化，發(fā)展了相應的輔助設備。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化一、輔助設備的種類

系統(tǒng)中如果缺少這些輔助設備，這些輔助工作要到系統(tǒng)外由人工完成，然后工件再回到系統(tǒng)繼續(xù)進行精加工、測量、裝配等，這樣將使整個制造系統(tǒng)的自動化程度降低，生產效率無法提高，而且產品的制造質量也不容易保證。將這些設備納入到加工系統(tǒng)中，用物流系統(tǒng)將它們與加工設備一起連接起來，形成全自動的高生產率和高質量的制造系統(tǒng)。因此，在FMS的加工系統(tǒng)中，不僅有加工中心、車削中心等切削加工設備，還有清洗設備、光整設備、排屑設備和冷卻液處理設備等輔助設備。

自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化二、清洗設備

工件一般在進入檢測裝置之前，或在裝配工序之前需要進行清洗，有時切削加工中有攻絲工藝（用油潤滑的工藝）之后也需要清洗，有些是在制造工序都完成的最后進行清洗。自動化制造系統(tǒng)的工件在自動運行中需要清洗時，由控制系統(tǒng)安排輸送裝置將工件送到相應的清洗機。

清洗機主要有兩種類型：間歇式清洗機和連續(xù)通過式清洗機。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化1.

間歇式清洗機

這類清洗機每次只清洗一個工件，將工件連同夾具和托盤一起送入清洗機清洗，一般是將托盤和工件架起或吊起，四周各方向噴出高壓清洗液，然后再通入熱風吹干。間歇式清洗機適用于清洗質量和體積較大的零件，屬于中小批量的清洗。

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零件依次從清洗機的一端進入通過式清洗機，然后要經過下列幾個工位：

1）清洗（浸入配置的清洗液，翻轉或搖動）；

2）噴淋（用噴嘴向工件噴出高壓清洗液，特別是重要的孔和拐角等）；

3）漂洗（用清水將清洗沖出）；

4）干燥（熱風吹干和烘干）；最后從另一端出來。連續(xù)通過式清洗機的工作效率高，連續(xù)清洗的速度快，因此它適用于大批量的生產系統(tǒng)。

2.

連續(xù)通過式清洗機自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

清洗的主要工序：噴淋和吹干。清洗機洗凈工件后，將大量的油污、切屑等污物留在機內，清洗機本身也需要定期清理，因此清洗機要有對自身的清洗和排污功能，購買設備時參考。一般間歇式清洗機清洗后的切屑和液體直接排入系統(tǒng)的切屑和冷卻液處理系統(tǒng)，而連續(xù)通過式有自己的清洗液和切屑回收處理裝置。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化三、光整設備

光整設備包括去毛刺、倒園角、表面光整等等，這里主要是介紹一下去毛刺機。去毛刺機是用來將切削加工后工件上尖角處的毛刺去掉。去毛刺的方法有多種，目前常用的有：

1.

機械法：機械法是用工業(yè)機械手夾持著砂輪，對工件上有毛刺的地方進行打磨。由于機械手的動作靈活性有限，這種方法只適用于對體積較大和形狀平整的工件去毛刺。

2.

振動法：振動法是將工件與粒狀的陶瓷介質一起放入一個大容器內，讓容器快速往復振動，使工件的各個部位與陶瓷顆粒產生相對運動和摩擦，將工件的尖角磨平，毛刺去掉，并能去掉氧化皮。陶瓷介質的大小因零件類型、尺寸和材料而異。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化

這種方法適合對形狀不規(guī)則的小型零件進行處理，不僅能去掉工件尖角處的毛刺，同時還對工件表面有拋光的作用（稱為振動式光整機）3.

熱能法

熱能法是將工件放入一個充滿高壓可燃氣體的容器中，同時通入氧氣并將其密封，然后用火花塞點燃容器內的可燃氣，它會產生瞬時高溫，使毛刺燃燒氧化成粉末，然后再將這此粉末清理去掉（稱為熱能式去毛刺機）。這種方法能夠均勻的去除工件的外表面毛刺，而且還能去掉內部結構的毛刺。這種方法的原理是：對工件來說，毛刺是體積相對很小、而表面積相對很大的東西，它很容易被高溫氧化，而且可燃氣體能夠到達工件內外的各個角落，因此用熱能法能夠去除工件上各處（包括小孔內）的毛刺。適用范圍廣，可適用于黑色金屬和有色金屬。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化4、電化學法

電化學法是通過電化學反應，將工件作為電化學去毛刺機的一個電極（正極）放入電解液中，通上直流電。這時陽極金屬（即工件）就會發(fā)生電化學反應而逐漸被溶解，那么最先被溶解的就是工件上的毛刺尖角，因此在適當的時候將工件取出，就達到了去毛刺的目的。這種方法去毛刺的質量較高，而且生產率高，適用于自動化加工系統(tǒng)。在去毛刺的過程中，不象振動法和熱能法那樣會使工件產生機械應力和工件變形，但其去毛刺過程慢，成本較高。適合于高硬度材料的去毛刺。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化四切屑和冷卻液處理設備

由于加工設備中的切屑和冷卻液是混合在一起的，而且一般都是利用冷卻液的大流量沖刷將切屑帶出加工區(qū)域，所以切屑和冷卻液的處理往往一起考慮。許多AMS有切屑排除、集中運輸和切削液集中供給及處理系統(tǒng)。切屑的處理包括三個方面的內容：①把切屑從加工區(qū)域清除出去；②把切屑輸送到系統(tǒng)以外；③把切屑從冷卻液中分離出去。自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化自動化制造系統(tǒng)—刀具自動化1、切屑的排除

首先要將切屑從加工區(qū)域清除掉，一般是清到機床下面，常用有幾種方法：采用斜面結構，使切屑容易落下；用大流量冷卻液沖刷；用壓縮空氣吹風；或用刮板（刷子）將切屑推下去。其次要將切屑運到機床和生產區(qū)外的集中處理站，一般是在機床下面有排屑溝，切屑排出加工區(qū)就直